面向大型郵輪定制的模塊化產(chǎn)品族設(shè)計(jì)方法研究

程 帥 孟祥慧＊ 呂步高 李 瑞 于學(xué)超

（1. 上海交通大學(xué) 機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院 上海 200240；2. 上海外高橋造船有限公司 上海 200137）

0 引 言

大型郵輪被公認(rèn)為是目前全球最復(fù)雜的單體產(chǎn)品，代表著當(dāng)前全球船舶工業(yè)的最高水平。長(zhǎng)期以來(lái)，郵輪的設(shè)計(jì)建造被意大利芬坎蒂尼、德國(guó)邁爾船廠、法國(guó)STX 等歐洲船廠壟斷。2018 年，中國(guó)船舶集團(tuán)有限公司引進(jìn)意大利芬坎蒂尼公司的Vista 船型平臺(tái)，由上海外高橋造船有限公司開(kāi)始建造我國(guó)首艘大型郵輪——愛(ài)達(dá)·魔都號(hào)，造價(jià)55 億元人民幣。該郵輪于2023 年底建成交付，每年?duì)I收有望超10 億元人民幣，這標(biāo)志著中國(guó)將正式開(kāi)啟郵輪經(jīng)濟(jì)。根據(jù)交通運(yùn)輸部等十部委聯(lián)合發(fā)布的《關(guān)于促進(jìn)我國(guó)郵輪經(jīng)濟(jì)發(fā)展的若干意見(jiàn)》，中國(guó)郵輪市場(chǎng)到2035 年預(yù)計(jì)達(dá)到每年1 400 萬(wàn)人次的規(guī)模，對(duì)于中國(guó)的產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)貢獻(xiàn)預(yù)計(jì)達(dá)到5 500 億元人民幣[1]。然而，我國(guó)企業(yè)還需要在各方面修煉內(nèi)功，尤為重要的是培育自主設(shè)計(jì)和創(chuàng)新能力，帶動(dòng)中國(guó)郵輪產(chǎn)業(yè)鏈升級(jí)。

郵輪自出現(xiàn)以來(lái)已取得了重大發(fā)展。1970 年的世界首艘現(xiàn)代郵輪“挪威之歌”僅能為游客提供9 個(gè)公共設(shè)施，而2009 年的“海洋綠洲”郵輪已能為游客提供上百項(xiàng)服務(wù)[2]。對(duì)于郵輪這種復(fù)雜產(chǎn)品，我國(guó)要在引進(jìn)平臺(tái)技術(shù)基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)自主設(shè)計(jì)創(chuàng)新，應(yīng)盡快從需求出發(fā)建立高效率的設(shè)計(jì)模式。一方面，我國(guó)企業(yè)需要建立大型郵輪的正向設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)流程，并根據(jù)流程中各環(huán)節(jié)的需要，培育技術(shù)和零部件供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)，解決企業(yè)自身能力不足的問(wèn)題[3]；另一方面，也應(yīng)該參考國(guó)際上大型船舶的設(shè)計(jì)趨勢(shì)，針對(duì)郵輪定制需求從而構(gòu)建高效的模塊化產(chǎn)品族設(shè)計(jì)模式。

郵輪作為娛樂(lè)載具，勢(shì)必要滿足不同地域和文化下的定制需求，船型不可能保持一成不變；同時(shí)，大型郵輪又不可能隨意變化，因?yàn)槿魏渭?xì)微的變化都可能導(dǎo)致驚人的衍生成本。本文作者的前期研究表明：模塊化產(chǎn)品族方法既能高效地滿足個(gè)性化需求，又能保持低成本[4-5]，有望滿足郵輪的定制化需要。

模塊化產(chǎn)品族方法的核心理念是在功能模塊規(guī)劃的基礎(chǔ)上[4-6]，通過(guò)模塊的組合和更新形成一系列不同的產(chǎn)品，滿足不同的定制需求[7-8]。因此，該方法能夠最大限度重復(fù)利用已有設(shè)計(jì)，同時(shí)可以針對(duì)某些人群的需求對(duì)個(gè)別模塊進(jìn)行定制，能夠有效降低成本并提高設(shè)計(jì)、生產(chǎn)的效率[9-11]。產(chǎn)品族設(shè)計(jì)的核心是功能模塊化設(shè)計(jì)，通過(guò)功能模塊的交互可構(gòu)成新功能并滿足需求[7,12]。因此，功能模塊化有助于縮短產(chǎn)品研發(fā)周期、增加產(chǎn)品系列，便于后期模塊的重復(fù)利用、升級(jí)和維護(hù)[13]。

在模塊規(guī)劃階段，客戶需求分析非常重要。劉懋圻[14]通過(guò)建模證明了客戶分類是提高產(chǎn)品族魯棒性的關(guān)鍵。尹春雷[15]發(fā)現(xiàn)客戶需求的映射是將客戶需求反映到產(chǎn)品模塊的重要途徑。實(shí)際上，郵輪等大型船舶的設(shè)計(jì)，目前已經(jīng)朝著產(chǎn)品族模式靠近。為降低成本并得到新的設(shè)計(jì)方案，大多數(shù)郵輪設(shè)計(jì)公司是在明確需求的基礎(chǔ)上對(duì)同型船進(jìn)行修改，通過(guò)模塊化設(shè)計(jì)進(jìn)行功能檢測(cè)和設(shè)計(jì)更新[16-17]。針對(duì)與郵輪相似、造價(jià)高達(dá)幾十億美元的大型軍艦，美國(guó)蘭德公司也曾建議采用模塊化的適應(yīng)性設(shè)計(jì)思路來(lái)降低成本并滿足不同需要[18]。挪威ERIKSTAD[19]討論了功能修剪在不同船型設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，通過(guò)在近海船中去除拖網(wǎng)絞車功能模塊、在漁船中去除地震系統(tǒng)功能模塊，來(lái)滿足不同細(xì)分市場(chǎng)。PANG 等[20]討論了郵輪產(chǎn)品的差異性和服務(wù)多樣性，這在未來(lái)的郵輪設(shè)計(jì)中非常重要。在這些進(jìn)展基礎(chǔ)上，如果能夠建立起大型郵輪的模塊化產(chǎn)品族方法，將能系統(tǒng)和高效地解決郵輪的定制設(shè)計(jì)問(wèn)題。

本文從分析國(guó)產(chǎn)大型郵輪未來(lái)面臨的定制需求出發(fā)，研究國(guó)產(chǎn)郵輪的模塊化產(chǎn)品族理念和設(shè)計(jì)方法，闡述郵輪的產(chǎn)品族設(shè)計(jì)流程、需求分類和功能模塊化，為未來(lái)國(guó)產(chǎn)大型郵輪的高效率定制設(shè)計(jì)提供支持。

1 大型郵輪定制設(shè)計(jì)的必要性和可行性

大型郵輪已經(jīng)成為1 座海上移動(dòng)城市，可為游客提供以?shī)蕵?lè)休閑為主的各類服務(wù)。如美國(guó)皇家加勒比郵輪公司的“海洋綠洲”郵輪，就可以為游客提供從跳傘、沖浪、過(guò)山車、海上卡丁車，到豪華餐廳、特色餐廳、各式套房等在內(nèi)的各項(xiàng)功能和服務(wù)[2]。然而，這仍然不能說(shuō)明某一種郵輪設(shè)計(jì)能滿足所有人的不同需求。人的需求是沒(méi)有止境的，不同地域、不同文化、不同年齡段的游客也有不一樣的訴求，而郵輪的空間總是有限的。未來(lái)的郵輪設(shè)計(jì)，勢(shì)必要解決“在有限的空間內(nèi)滿足無(wú)限的需求”這一矛盾。通過(guò)郵輪定制設(shè)計(jì)，為不同客戶群體打造不同特色的郵輪服務(wù)，將是郵輪發(fā)展中的必由之路。

目前部分郵輪公司正在進(jìn)行的嘗試，也證明郵輪定制設(shè)計(jì)的可行性。以皇家加勒比公司為例，該公司在不斷收集和分析游客需求的基礎(chǔ)上，正在嘗試推出不同的定制化設(shè)計(jì)，圖2 是該公司針對(duì)“海洋綠洲”郵輪客艙內(nèi)的局部定制化實(shí)例[21]。通常客艙具有床、浴室、沙發(fā)和陽(yáng)臺(tái)等模塊，而對(duì)于以家庭為單位的游客而言，他們需要更多的床和浴室，這就需要在已有郵輪客艙基礎(chǔ)上進(jìn)行模塊配置，增加相應(yīng)的設(shè)施并對(duì)客艙內(nèi)布局、結(jié)構(gòu)進(jìn)行定制設(shè)計(jì)。

另外，郵輪上的輪滑和碰碰車項(xiàng)目雖然都能吸引到相當(dāng)數(shù)量的游客，但均會(huì)占據(jù)較大空間和光滑堅(jiān)固的地面。因此，可以在娛樂(lè)廣場(chǎng)上通過(guò)更改配置模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)輪滑和碰碰車項(xiàng)目之間的切換，以滿足游客的不同需求，如下頁(yè)圖3 所示[22]。

上述嘗試實(shí)際上是在郵輪設(shè)計(jì)方案已經(jīng)確定的情況下，通過(guò)局部模塊的配置修改來(lái)實(shí)現(xiàn)郵輪功能的定制創(chuàng)新。雖然這種創(chuàng)新能夠以較低的成本滿足不同需求，但畢竟受限于已有設(shè)計(jì)，所以只能滿足有限的定制需求。如果建立起郵輪的模塊化產(chǎn)品族設(shè)計(jì)方法，則可以系統(tǒng)和高效地滿足不同的定制需求，實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)大型郵輪的高效率定制創(chuàng)新。

2 面向定制需求的功能模塊定義

產(chǎn)品族的可定制意味著產(chǎn)品面向具有定制需求的客戶群體，其功能在滿足基本需求的前提下具有可配置性。因此，功能模塊的定義和確認(rèn)在產(chǎn)品族設(shè)計(jì)過(guò)程中非常重要，需要明確客戶需求與功能需求以及功能需求與功能模塊的映射關(guān)系，建立有利于定制設(shè)計(jì)的模塊化功能集。

與一般產(chǎn)品設(shè)計(jì)流程相似，產(chǎn)品族的設(shè)計(jì)流程通常分為2 個(gè)階段：第1 階段是將確定的客戶需求轉(zhuǎn)化為功能需求；第2 階段是根據(jù)功能需求定義功能模塊及其設(shè)計(jì)參數(shù)，形成產(chǎn)品族架構(gòu)設(shè)計(jì)[23]。其中，功能模塊對(duì)應(yīng)的設(shè)計(jì)參數(shù)受到潛在的制造約束，需要考慮技術(shù)可行性[24]。圖4 所示為上述流程的一般表達(dá)，該流程強(qiáng)調(diào)了從客戶需求到功能需求、功能需求到功能模塊、功能模塊到參數(shù)設(shè)計(jì)，是自上而下的設(shè)計(jì)過(guò)程，有利于產(chǎn)品族設(shè)計(jì)滿足定制需求。反之，從參數(shù)設(shè)計(jì)到功能模塊、功能模塊到功能需求、功能需求到客戶需求，是自下而上的確認(rèn)過(guò)程，有利于提高設(shè)計(jì)質(zhì)量和效率，降低設(shè)計(jì)風(fēng)險(xiǎn)。

在進(jìn)行可定制產(chǎn)品族設(shè)計(jì)時(shí)，功能模塊的設(shè)計(jì)非常重要：首先在需求分析階段將客戶需求劃分為與所有客戶相關(guān)的共性需求以及部分客戶群體感興趣的定制化需求，然后定義共性功能模塊和定制化功能模塊，形成郵輪的產(chǎn)品族架構(gòu)。因此，可定制產(chǎn)品族模塊化功能設(shè)計(jì)方法中最重要的環(huán)節(jié)是需求分析和功能定義[13]。

下頁(yè)圖5 描述了從客戶需求到功能定義的分析方法：首先，通過(guò)各種渠道獲取客戶需求信息并仔細(xì)確認(rèn)，將客戶需求轉(zhuǎn)變?yōu)橄到y(tǒng)的設(shè)計(jì)需求，使需求信息變得客觀、明確且無(wú)歧義。然后，結(jié)合市場(chǎng)背景將設(shè)計(jì)需求分為共性需求和定制化需求兩大類，并進(jìn)一步劃分為共性功能需求、定制化功能需求、共性非功能需求和定制化非功能需求。其中，反映客戶主要訴求的功能需求是設(shè)計(jì)的出發(fā)點(diǎn)；非功能需求則反映了客戶的其他訴求（如安全性需求、價(jià)格需求、外觀需求等，有時(shí)候也稱為廣義功能需求），為設(shè)計(jì)提供約束[25]。這種需求分類方法有利于充分發(fā)揮產(chǎn)品族的靈活性，為后續(xù)的快速定制奠定基礎(chǔ)。最后，在需求驅(qū)動(dòng)下進(jìn)行共性功能模塊和定制化功能模塊設(shè)計(jì)。共性功能模塊組成郵輪產(chǎn)品族的主體，在此基礎(chǔ)上可以通過(guò)添加選配不同的定制化功能模塊，滿足不同的定制化需求。

需要說(shuō)明的是，部分設(shè)計(jì)需求無(wú)法在早期需求獲取階段被確認(rèn)，而是隨著設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)的進(jìn)行不斷派生而來(lái)，包括從需求到功能模塊的定義再到功能模塊的開(kāi)發(fā)階段，這些需求定義為派生需求[25]。派生需求在需求分類階段也要進(jìn)行分類并影響下一步功能模塊的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)。這種需求分析方法有助于功能定制的完備性與正確性，避免產(chǎn)品族開(kāi)發(fā)過(guò)程中出現(xiàn)遺漏，從而提高設(shè)計(jì)效率。

在產(chǎn)品族設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上，通過(guò)功能模塊配置可以形成不同的定制化產(chǎn)品，其含義可以用圖6 來(lái)解釋。圖中的共性功能模塊是在所有產(chǎn)品中都有的，而定制化功能模塊在不同的產(chǎn)品中根據(jù)需求出現(xiàn)。每個(gè)功能模塊相對(duì)獨(dú)立，各功能模塊相互組合形成產(chǎn)品。功能模塊之間具有標(biāo)準(zhǔn)化接口，有利于定制化模塊的替換，從而便于功能配置。功能模塊具有通用性，有利于實(shí)現(xiàn)橫、縱系列產(chǎn)品間模塊的通用[26]。由于功能模塊具有上述特征，在共性功能模塊基礎(chǔ)上配置定制化功能模塊，可以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜產(chǎn)品的高效定制化設(shè)計(jì)。

3 大型郵輪可定制模塊化產(chǎn)品族設(shè)計(jì)方法

3.1 大型郵輪模塊化產(chǎn)品族設(shè)計(jì)

根據(jù)前文所述，大型郵輪模塊化產(chǎn)品族設(shè)計(jì)首先應(yīng)進(jìn)行需求的定義、分解并劃分共性需求和定制化需求。

郵輪的客戶需求主要來(lái)自船東和游客，同時(shí)設(shè)計(jì)者也會(huì)有相關(guān)技術(shù)需求。船東需求主要圍繞經(jīng)濟(jì)性需求，如郵輪建造成本、運(yùn)營(yíng)成本、運(yùn)營(yíng)收益等。游客需求主要是郵輪提供的服務(wù)方面，如休閑娛樂(lè)、航行路線、安全性等[27]。設(shè)計(jì)人員要考慮法律法規(guī)和技術(shù)可行性。對(duì)上述需求進(jìn)行分析和分類，以獲得更加明確的郵輪設(shè)計(jì)需求[28]。

圖7 是大型郵輪設(shè)計(jì)需求分解的案例，其共性設(shè)計(jì)需求包括：人員基本生活需求、航行動(dòng)力需求、舒適性需求、環(huán)保性需求、安全性需求等；定制化需求包括：船東游客的定制需求、不同地域和文化客戶的定制需求等。為便于在產(chǎn)品族中進(jìn)行功能配置，還需進(jìn)一步區(qū)分功能需求和非功能需求。郵輪除了海上航行，最主要的功能是為游客提供休閑娛樂(lè)，在這方面應(yīng)充分考慮文化、地域帶來(lái)的定制需求，以及游客對(duì)外觀審美等的人文需求。

功能模塊定義是郵輪產(chǎn)品族設(shè)計(jì)的重要環(huán)節(jié)，應(yīng)全面圍繞設(shè)計(jì)需求開(kāi)展。下頁(yè)圖8 是郵輪的產(chǎn)品族功能模塊定義示例，包括一些典型的共性功能模塊和定制化功能模塊。需要說(shuō)明的是，模塊是有層次的，可以根據(jù)需要來(lái)決定從哪個(gè)層次上進(jìn)行定制。圖8 中列出的航行功能模塊、餐飲功能模塊、住宿功能模塊、休閑娛樂(lè)功能模塊等，可以認(rèn)為是郵輪中共性的頂層模塊；而動(dòng)力模塊、主餐廳模塊、普通套房模塊、購(gòu)物廣場(chǎng)模塊是下一層級(jí)的共性子功能模塊，對(duì)應(yīng)常見(jiàn)的共性需求。在這些共性模塊基礎(chǔ)上，還應(yīng)該定義一些定制化功能模塊，比如除主餐廳外，還可在餐飲功能模塊的下級(jí)模塊中設(shè)計(jì)特色餐廳、自主餐廳、快餐點(diǎn)心、酒吧、咖啡甜品等可選的定制化餐飲模塊；在住宿功能模塊的下級(jí)模塊中設(shè)計(jì)商務(wù)套房、影院式套房、豪華套房、陽(yáng)臺(tái)套房、日光浴套房等可選的定制化住宿模塊；在休閑娛樂(lè)功能模塊的下級(jí)模塊中設(shè)計(jì)奢侈品店、攀巖、游泳池、兒童樂(lè)園、KTV 等可選的定制化休閑娛樂(lè)模塊。這些定制化模塊，并非要在每艘郵輪上都出現(xiàn)，而是可以根據(jù)需要選配，以形成不同的特色。

3.2 基于產(chǎn)品族的大型郵輪定制設(shè)計(jì)

在郵輪產(chǎn)品族定義基礎(chǔ)上，可按下頁(yè)圖9 所示流程進(jìn)行郵輪設(shè)計(jì)：首先分析客戶的共性需求并進(jìn)行共性功能模塊的確認(rèn)；然后分析客戶定制化需求，并判斷當(dāng)前郵輪產(chǎn)品族是否有相應(yīng)的定制化功能模塊（若無(wú)，則進(jìn)行新的定制化功能模塊設(shè)計(jì)并更新產(chǎn)品族；若有，則配置相應(yīng)的功能模塊，并對(duì)已有的功能模塊進(jìn)行組合、檢查及確認(rèn)，以免發(fā)生沖突）；此后還需檢查所有定制化需求是否已經(jīng)滿足，若不滿足則針對(duì)下一條定制化需求進(jìn)行功能模塊配置；最后再檢查配置的功能模塊組合是否滿足所有需求，若不滿足則需對(duì)產(chǎn)品族進(jìn)行檢查和改進(jìn)，若滿足便最終完成了郵輪的定制設(shè)計(jì)。

可見(jiàn)，這種基于產(chǎn)品族的定制設(shè)計(jì)方法，通過(guò)在共性功能模塊的基礎(chǔ)上配置定制化功能模塊，不僅充分考慮了客戶的定制需求，而且提高了郵輪新產(chǎn)品的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)效率，降低了設(shè)計(jì)復(fù)雜性和設(shè)計(jì)風(fēng)險(xiǎn)。

4 面向定制的大型郵輪功能模塊配置案例

郵輪作為旅游度假載體，為游客提供豐富海上娛樂(lè)活動(dòng)是郵輪設(shè)計(jì)的主要關(guān)注點(diǎn)，因此本文以?shī)蕵?lè)功能模塊的配置為例來(lái)討論郵輪的模塊化定制。

考慮到老人全年時(shí)間比較自由，常選擇春秋季節(jié)旅游，而中青年和學(xué)齡兒童往往在節(jié)假日旅游，因此可根據(jù)不同年齡段游客的需求，在不同時(shí)間段推出具有不同功能模塊配置的郵輪船型，以吸引不同的客戶群體。為此，本文基于大型郵輪產(chǎn)品族的定制化思路，提出一種以不同年齡段需求為主的郵輪功能模塊配置案例，如圖10 所示。

圖1 郵輪功能模塊

圖2 郵輪可定制模塊化客艙設(shè)計(jì)

圖3 郵輪可定制模塊化娛樂(lè)項(xiàng)目設(shè)計(jì)

圖4 可定制產(chǎn)品族模塊化功能設(shè)計(jì)流程

圖5 可定制產(chǎn)品族需求分析方法

圖6 基于功能模塊配置的定制方法

圖7 大型郵輪設(shè)計(jì)需求分解

圖8 郵輪產(chǎn)品族功能模塊的定義與確認(rèn)

圖9 基于產(chǎn)品族的大型郵輪定制化設(shè)計(jì)流程

圖10 面向不同需求的大型郵輪娛樂(lè)功能模塊配置案例

該配置案例的思路是：在郵輪總體空間有限的情況下，在共性?shī)蕵?lè)功能模塊基礎(chǔ)上，根據(jù)不同年齡段客戶的需求進(jìn)行定制功能模塊配置，以打造不同的郵輪特色，滿足不同客戶群體的定制化需求。例如：以老人需求為主進(jìn)行的娛樂(lè)功能模塊配置，可重點(diǎn)推出棋牌室、沙壺球場(chǎng)、繪畫(huà)書(shū)法館、歌舞劇院等功能模塊；而以中青年需求為主進(jìn)行的娛樂(lè)功能模塊配置，可重點(diǎn)選配賽車、過(guò)山車、沖浪、攀巖等功能模塊；以兒童需求為主進(jìn)行的娛樂(lè)功能模塊配置，可重點(diǎn)推出親子活動(dòng)中心、兒童樂(lè)園、滑翔索道、新奇體驗(yàn)區(qū)、科技探索等功能模塊。

上述面向客戶體驗(yàn)的功能模塊配置，既可以在同一艘郵輪上通過(guò)模塊的更換和重新組合來(lái)實(shí)現(xiàn)；也可以在相同船型上通過(guò)配置不同功能模塊，一次性打造具有不同特色和體驗(yàn)的多艘郵輪產(chǎn)品。其基本理念都是在共性功能模塊基礎(chǔ)上通過(guò)定制化功能模塊的選擇、組合、檢查及確認(rèn)，盡可能重復(fù)利用已有的場(chǎng)所和空間，達(dá)到面向不同需求的郵輪定制化設(shè)計(jì)。

5 結(jié) 論

未來(lái)的大型郵輪，需在有限空間內(nèi)滿足不同客戶群體的定制需求。本文以郵輪定制設(shè)計(jì)的高效率和低成本為目標(biāo)，研究了大型郵輪的模塊化產(chǎn)品族理念和設(shè)計(jì)方法，以支持國(guó)內(nèi)企業(yè)自頂向下地解決郵輪定制設(shè)計(jì)中的難題。本文研究的結(jié)論如下：

（1）面向定制需求來(lái)定義郵輪的產(chǎn)品族模塊，強(qiáng)調(diào)了功能需求和功能模塊的映射，有助于功能模塊定義的完備性，這對(duì)于復(fù)雜的大型郵輪來(lái)說(shuō)非常重要；

（2）通過(guò)劃分郵輪的共性模塊和定制化模塊，有助于郵輪產(chǎn)品族的完善以及功能配置，從而滿足不同地域和文化下的郵輪定制需求；

（3）基于產(chǎn)品族的大型郵輪定制化設(shè)計(jì)流程是迭代的過(guò)程，根據(jù)該流程能夠高效地實(shí)現(xiàn)郵輪的定制創(chuàng)新。